载流子迁移率测量方法总结
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载流子迁移率测量方法总结引言迁移率是衡量半导体导电性能的重要参数，它决定半导体材料的电导率，影响器件的工作速度。
已有很多文章对载流子迁移率的重要性进行研究，但对其测量方法却少有提到。
本文对载流子测量方法进行了小结。
迁移率μ的相关概念在半导体材料中，由某种原因产生的载流子处于无规则的热运动，当外加电压时，导体内部的载流子受到电场力作用，做定向运动形成电流，即漂移电流，定向运动的速度成为漂移速度，方向由载流子类型决定。
在电场下，载流子的平均漂移速度v与电场强度E成正比为：式中μ为载流子的漂移迁移率，简称迁移率，表示单位电场下载流子的平均漂移速度，单位是m2／V·s 或cm2／V·s。
迁移率是反映半导体中载流子导电能力的重要参数，同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，半导体材料的导电率越高。
迁移率的大小不仅关系着导电能力的强弱，而且还直接决定着载流子运动的快慢。
它对半导体器件的工作速度有直接的影响。
在恒定电场的作用下，载流子的平均漂移速度只能取一定的数值，这意味着半导体中的载流子并不是不受任何阻力，不断被加速的。
事实上，载流子在其热运动的过程中，不断地与晶格、杂质、缺陷等发生碰撞，无规则的改变其运动方向，即发生了散射。
无机晶体不是理想晶体，而有机半导体本质上既是非晶态，所以存在着晶格散射、电离杂质散射等，因此载流子迁移率只能有一定的数值。
测量方法(1)渡越时间(TOP)法渡越时间(TOP)法适用于具有较好的光生载流子功能的材料的载流子迁移率的测量，可以测量有机材料的低迁移率。
在样品上加适当直流电压，选侧适当脉冲宽度的脉冲光，通过透明电极激励样品产生薄层的电子一空穴对。
空穴被拉到负电极方向，作薄层运动。
设薄层状况不变，则运动速度为μE。
如假定样品中只有有限的陷阱，且陷阱密度均匀，则电量损失与载流子寿命τ有关，此时下电极上将因载流子运动形成感应电流，且随时间增加。
在t时刻有：若式中L为样品厚度电场足够强，t≤τ，且渡越时间t0<τ。
实验四 霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移
实验四霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移一、实验目的1．了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔元件对材料要求的知识。
2．学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量并绘制试样的VH－IS和VH－IM 曲线。
3．确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
二、实验原理置于磁场中的半导体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象是霍普斯金大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。
随着半导体物理学的迅速发展，霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主要方法之一。
通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。
若能测量霍尔系数和电导率随温度变化的关系，还可以求出半导体材料的杂质电离能和材料的禁带宽度。
如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且随着电子技术的发展，利用该效应制成的霍尔器件，由于结构简单、频率响应宽（高达10GHz）、寿命长、可靠性高等优点，已广泛用于非电量测量、自动控制和信息处理等方面。
在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广阔的应用前景。
了解这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。
霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。
当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。
对于图（1）（a）所示的N型半导体试样，若在X方向的电极D、E上通以电流Is，在Z方向加磁场B，试样中载流子（电子）将受洛仑兹力：（1）其中e为载流子（电子）电量，为载流子在电流方向上的平均定向漂移速率，B为磁感应强度。
（a）（b）图(1) 样品示意图无论载流子是正电荷还是负电荷，Fg的方向均沿Y方向，在此力的作用下，载流子发生便移，则在Y方向即试样A、A´电极两侧就开始聚积异号电荷而在试样A、A´两侧产生一个电位差VH，形成相应的附加电场E—霍尔电场，相应的电压VH称为霍尔电压，电极A、A´称为霍尔电极。
测迁移率的方法
测量方法(1)渡越时间(TOP)法适用于具有较好的光生载流子功能的材料的载流子迁移率的测量，可以测量有机材料的低迁移率。
在样品上加适当直流电压，选侧适当脉冲宽度的脉冲光，通过透明电极激励样品产生薄层的电子一空穴对。
空穴被拉到负电极方向，作薄层运动。
设薄层状况不变，则运动速度为μE。
如假定样品中只有有限的陷阱，且陷阱密度均匀，则电量损失与载流子寿命τ有关，此时下电极上将因载流子运动形成感应电流，且随时间增加。
在t 时刻有：若式中L 为样品厚度电场足够强，t≤τ，且渡越时间t0<τ。
则在t0 时刻，电压将产生明显变化，由实验可测得，又有式中L、V 和t0 皆为实验可测量的物理量，因此μ值可求。
(2)霍尔效应法主要适用于较大的无机半导体载流子迁移率的测量。
将一块通有电流I 的半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，则在垂直于电流和磁场的薄片两端产生一个正比于电流和磁感应强度的电势U，这称为霍尔效应。
由于空穴、电子电荷符号相反，霍尔效应可直接区分载流子的导电类型，测量到的电场可以表示为式中R 为霍尔系数，由霍尔效应可以计算得出电流密度、电场垂直漂移速度分量等，以求的R，进而确定μ。
3)电压衰减法通过监控电晕充电试样的表面电压衰减来测量载流子的迁移率。
充电试样存积的电荷从顶面向接地的底电极泄漏，最初向下流动的电荷具有良好的前沿，可以确定通过厚度为L 的样品的时间，进而可确定材料的μ值。
(4)辐射诱发导电率(SIC)法导电机理为空间电荷限制导电性材料。
在此方法中，研究样品上面一半经受连续的电子束激发辐照，产生稳态SIC，下面一半材料起着注入接触作用。
然后再把此空间电荷限制电流(SCLC)流向下方电极。
根据理论分析SCLC 电导电流与迁移率的关系为J=pμε1ε0V2/εDd3 (7) 测量电子束电流、辐照能量和施加电压函数的信号电流，即可推算出μ值。
(5)表面波传输法被测量的半导体薄膜放在有压电晶体产生的场表面波场范围内，则与场表面波相联系的电场耦合到半导体薄膜中并且驱动载流子沿着声表面波传输方向移动，设置在样品上两个分开的电极检测到声一电流或电压，表达式为Iae=μP／Lv．(8) 式中P 为声功率，L 为待测样品两极间距离，v 为表面声波速。
载流子迁移率的方法及原理
载流子迁移率的方法及原理
载流子迁移率是指在电场作用下，电子或空穴在半导体中移动的速度。
它是半导体材料电学性质的重要参数之一，直接影响着半导体器件的性能。
本文介绍了载流子迁移率的测量方法及其原理。
载流子迁移率的测量方法主要有两种：霍尔效应法和瞬态电流法。
霍尔效应法利用电场作用下电子或空穴在半导体材料中形成的横向磁场，通过测量磁场及电场的大小和方向来计算载流子迁移率。
瞬态电流法则是通过在半导体材料中施加短脉冲电场，测量其产生的瞬态电流来计算载流子迁移率。
载流子迁移率的原理主要涉及到半导体材料中载流子的漂移和散射行为。
在电场作用下，载流子向电场方向漂移，同时受到杂质、晶格振动等各种散射机制的影响，从而产生一个总的漂移速度。
载流子的漂移速度与电场的大小成正比，与半导体材料中载流子浓度和散射机制有关。
在实际应用中，载流子迁移率的测量对于半导体器件的设计及性能优化具有重要意义。
通过测量载流子迁移率，可以评估半导体材料的电学性质和质量，指导半导体器件的设计和优化，提高器件的性能和可靠性。
- 1 -。
第二章-迁移率测量-3-SCLC-2012
2、较高电压区 1）Pure space-charge limited conduction with no traps (Pure SCLC regime, Pure SCLC导电区)
电流 J = 9/8q ε0 εr μ V 2 / d 3 (Child’s law)
3.6、通过I-V曲线的SCLC区计算（拟合）迁移率
举例1：Z. An, et al., Adv. Mater. 17 (2005) 2580. ITO (+)/PDI 2/ITO (-) electron dominated device
先出现欧姆导电区，后出现SCLC导电区。
使用如下经验公式：
where ε0 is 自由空间电容率 and εr is 相对介电常数. 2）Space-charge limited conduction with traps
电流 J = 9/8q ε0 εr Θ μ V 2 / d 3 (Mott–Gurney equation) where Θ is a factor smaller than unity (shallow traps and
无欧姆导电区，直接出现SCLC导电区
三个假设条件：
1）属于Pure SCLC导电，Θ ＝1 2） εr ＝ 3
3）不考虑迁移率的场强依赖性
举例3：P.W.M. Blom, et al., Adv. Funct. Mater. 13 (2003) 43.
ITO (+)/PEDOT:PSS/PCBM/LiF/Al (-) electron dominated device 无欧姆导电区，直接出现SCLC导电区
固体材料的电导率与载流子迁移率的测量方法
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载流子迁移率测量方法总结
载流子迁移率测量方法总结
刘青爽;刘晓萍
【期刊名称】《山西电子技术》
【年(卷),期】2009(000)004
【摘要】给出了载流子迁移率的各种测量方法,渡越时间(TOP)法、霍尔效应法、电压衰减法、辐射诱发导电率(SIC)法、表面波传输法、外加电场极性反转法和电流-电压特性法,并给出了这些测量方法的使用范围.
【总页数】2页(P9-9,32)
【作者】刘青爽;刘晓萍
【作者单位】中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏,徐州,221008;河北唐山第十二中学高中部,河北,唐山,063000
【正文语种】中文
【中图分类】TN301
【相关文献】
1.关于载流子迁移率测量实验的教学改进研究 [J], 王祥
2.基于热刺激电流的空间电介质载流子迁移率测量方法 [J], 李盛涛;李巍巍;闵道敏;林敏;黄印
3.弱电导材料中载流子迁移率的测量方法研究 [J], 刘强虎;张紫浩;刘志春;张晓光
4.Tips-PEN 薄膜载流子迁移率的稳态 SCLC 与阻抗谱法测量的研究 [J], 景亚霓;滕支刚;魏志芬
5.有机光电材料载流子迁移率测量方法 [J], 赵新月;张茂鑫;吴倜;张伟民;张春秀;张翱;张贵杰;廖瑞娟;王梦飞;韦臣辉;王正冉;张丽娜;方一;陈寅杰;王金伟
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实验四 霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移
实验四霍尔效应法测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移一、实验目的1．了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔元件对材料要求的知识。
2．学习用“对称测量法”消除副效应的影响，测量并绘制试样的VH－IS和VH－IM 曲线。
3．确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率。
二、实验原理置于磁场中的半导体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这个现象是霍普斯金大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。
随着半导体物理学的迅速发展，霍尔系数和电导率的测量已成为研究半导体材料的主要方法之一。
通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数。
若能测量霍尔系数和电导率随温度变化的关系，还可以求出半导体材料的杂质电离能和材料的禁带宽度。
如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且随着电子技术的发展，利用该效应制成的霍尔器件，由于结构简单、频率响应宽（高达10GHz）、寿命长、可靠性高等优点，已广泛用于非电量测量、自动控制和信息处理等方面。
在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广阔的应用前景。
了解这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。
霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。
当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。
对于图（1）（a）所示的N型半导体试样，若在X方向的电极D、E上通以电流Is，在Z方向加磁场B，试样中载流子（电子）将受洛仑兹力：（1）其中e为载流子（电子）电量，为载流子在电流方向上的平均定向漂移速率，B为磁感应强度。
（a）（b）图(1) 样品示意图无论载流子是正电荷还是负电荷，Fg的方向均沿Y方向，在此力的作用下，载流子发生便移，则在Y方向即试样A、A´电极两侧就开始聚积异号电荷而在试样A、A´两侧产生一个电位差VH，形成相应的附加电场E—霍尔电场，相应的电压VH称为霍尔电压，电极A、A´称为霍尔电极。
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载流子迁移率测量方法总结
引言
迁移率是衡量半导体导电性能的重要参数，它决定半导体材料的电导率，影响器件的工作速度。
已有很多文章对载流子迁移率的重要性进行研究，但对其测量方法却少有提到。
本文对载流子测量方法进行了小结。
迁移率μ的相关概念
在半导体材料中，由某种原因产生的载流子处于无规则的热运动，当外加电压时，导体内部的载流子受到电场力作用，做定向运动形成电流，即漂移电流，定向运动的速度成为漂移速度，方向由载流子类型决定。
在电场下，载流子的平均漂移速度v与电场强度E成正比为：
式中μ为载流子的漂移迁移率，简称迁移率，表示单位电场下载流子的平均漂移速度，单位是m2／V·s 或cm2／V·s。
迁移率是反映半导体中载流子导电能力的重要参数，同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，半导体材料的导电率越高。
迁移率的大小不仅关系着导电能力的强弱，而且还直接决定着载流子运动的快慢。
它对半导体器件的工作速度有直接的影响。
在恒定电场的作用下，载流子的平均漂移速度只能取一定的数值，这意味着半导体中的载流子并不是不受任何阻力，不断被加速的。
事实上，载流子在其热运动的过程中，不断地与晶格、杂质、缺陷等发生碰撞，无规则的改变其运动方向，即发生了散射。
无机晶体不是理想晶体，而有机半导体本质上既是非晶态，所以存在着晶格散射、电离杂质散射等，因此载流子迁移率只能有一定的数值。
测量方法
(1)渡越时间(TOP)法
渡越时间(TOP)法适用于具有较好的光生载流子功能的材料的载流子迁移率的测量，可以测量有机材料的低迁移率。
在样品上加适当直流电压，选侧适当脉冲宽度的脉冲光，通过透明电极激励样品产生薄层的电子一空穴对。
空穴被拉到负电极方向，作薄层运动。
设薄层状况不变，则运动速度为μE。
如假定样品中只有有限的陷阱，且陷阱密度均匀，则电量损失与载流子寿命τ有关，此时下电极上将因载流子运动形成感应电流，且随时间增加。
在t时刻有：
若式中L为样品厚度电场足够强，t≤τ，且渡越时间t0<τ。
则
在t0时刻，电压将产生明显变化，由实验可测得，又有
式中L、V和t0皆为实验可测量的物理量，因此μ值可求。
(2)霍尔效应法
霍尔效应法主要适用于较大的无机半导体载流子迁移率的测量。
将一块通有电流I的半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，则在垂直于电流和磁场的薄片两端产生一个正比于电流和磁感应强度的电势U，这称为霍尔效应。
由于空穴、电子电荷符号相反，霍尔效应可直接区分载流子的导电类型，测量到的电场可以表示为
式中R为霍尔系数，由霍尔效应可以计算得出电流密度、电场垂直漂移速度分量等，以求的R，进而确定μ。
(3)电压衰减法
通过监控电晕充电试样的表面电压衰减来测量载流子的迁移率。
充电试样存积的电荷从顶面向接地的底电极泄漏，最初向下流动的电荷具有良好的前沿，可以确定通过厚度为L的样品的时间，进而可确定材料的μ值。
(4)辐射诱发导电率(SIC)法
辐射诱发导电率(SIC)法适合于导电机理为空间电荷限制导电性材料。
在此方法中，研究样品上面一半经受连续的电子束激发辐照，产生稳态SIC，下面一半材料起着注入接触作用。
然后再把此空间电荷限制电流(SCLC)流向下方电极。
根据理论分析SCLC电导电流与迁移率的关系为
J=pμε1ε0V2/εDd3 (7)
测量电子束电流、辐照能量和施加电压函数的信号电流，即可推算出μ值。
(5)表面波传输法
将被测量的半导体薄膜放在有压电晶体产生的场表面波场范围内，则与场表面波相联系的电场耦合到半导体薄膜中并且驱动载流子沿着声表面波传输方向移动，设置在样品上两个分开的电极检测到声一电流或电压，表达式为
Iae=μP／Lv． (8)
式中P为声功率，L为待测样品两极间距离，v为表面声波速。
有此式便可推出μ值。
(6)外加电场极性反转法
在极性完全封闭时加外电场，离子将在电极附近聚集呈薄板状，引起空间电荷效应。
当将外电场极性反转时，载流子将以板状向另一电极迁移。
由于加在载流子薄层前、后沿的电场影响，因而在极性反转后t时间时，电流达到最大值。
t相当于载流子薄层在样品中行走的时间，结合样品的厚度、电场等情况，即可确定μ值。
(7)电流一电压特性法
本方法主要适用于工作于常温下的MOSFET反型层载流子迁移率的测量。
对于一般的MOSFET工作于高温时，漏源电流Ids等于沟道电流Ich与泄漏电流Ir两者之和，但当其工作于常温时，泄漏电流Ir急剧减小，近似为零，使得漏源电流Ids即为沟道电流Ich。
因此，对于一般的MOSFET反型层载流子迁移率，可以根据测量线性区I—V特性求的。
总结
综上所述，本文共指出了七中载流子迁移率的测量方法，除此之外，还可采用漂移实验、分析离子扩散、分析热释电流极化电荷瞬态响应等方法进行载流子迁移率的测量。